本發(fā)明屬于納米材料應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于空氣凈化的復(fù)合納米材料。
背景技術(shù)：
：對(duì)納米材料的研究是當(dāng)今科學(xué)研究中一個(gè)前沿領(lǐng)域，也是全世界許多科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)。納米材料的神奇之處和還不為人們所識(shí)的方面更是引起了人們的廣泛關(guān)注；對(duì)納米材料進(jìn)行制備的研究和應(yīng)用更是目前的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，也是發(fā)展高科技的重點(diǎn)。甲醛是一種主要的室內(nèi)空氣污染物，其危害受到了人們廣泛的關(guān)注。中國(guó)在2002年頒布的《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T18883-2002)中規(guī)定室內(nèi)空氣中甲醛的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(最高允許濃度)分別為0.10mg/m3。因此，去除室內(nèi)空氣中的甲醛有重要的意義。凈化方法可以粗略地分為吸附法、化學(xué)反應(yīng)法、等離子體技術(shù)、光催化法和催化法，其中催化法是一種長(zhǎng)效的方法。美國(guó)專利US5585083發(fā)明了一種Pt/SnO2催化劑去除空氣中甲醛的方法，催化劑在沒(méi)有額外的能量輸入和-5～25℃條件下，以空氣中的氧為氧化劑將甲醛完全氧化成二氧化碳和水。但是，催化劑高的Pt含量(12wt％)導(dǎo)致催化劑的價(jià)格昂貴。中國(guó)專利CN1698932用負(fù)載金的稀土氧化物或者金屬?gòu)?fù)合氧化物催化劑，在80～100℃溫度下對(duì)甲醛能獲得較好的效果。納米抗菌材料因抗菌效率高、穩(wěn)定性好、無(wú)毒無(wú)味和廣譜性等優(yōu)點(diǎn)具有廣闊的市場(chǎng)。常用于納米抗菌材料主要是負(fù)載Ag(Ag20),Cu0或Zn0等系列無(wú)機(jī)物，因?yàn)殂y系抗菌能力較強(qiáng)，對(duì)革蘭陽(yáng)性、陰性菌和霉菌以及酵母菌都有較好的效果，而且安全性好，對(duì)人體不產(chǎn)生毒害作用，所以目前商業(yè)化的抗菌劑主要是銀系抗菌材料，并廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、橡膠和織物等相關(guān)產(chǎn)品。如CN101187018A鋁片上負(fù)載金屬銀具有規(guī)整的結(jié)構(gòu)；CN1857309A利用金屬銀粉制成婦女用的噴劑對(duì)各種細(xì)菌真菌等有很好的效果；US20090130181用UV將Ag+在多種天然和合成的材料上原位還原成金屬Ag，具有高效和長(zhǎng)效的抗菌性能等。本發(fā)明基于上述現(xiàn)有技術(shù)，其目的是提供一種能夠有效吸附空氣中的甲醛以及除殺空氣中細(xì)菌的空氣凈化的納米材料。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合納米材料，改納米材料在空氣凈化，特別是吸附空氣中的甲醛以及除殺空氣中細(xì)菌方面展現(xiàn)出十分優(yōu)良的特性。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于空氣凈化的復(fù)合納米材料，所述復(fù)合納米材料由占復(fù)合材料15～55wt％的氧化石墨烯、30～50wt％的碳納米顆粒、5～10wt％納米TiO2以及1～3wt％納米銀顆粒組成，所述碳納米顆粒、納米TiO2以及納米銀顆粒負(fù)載在氧化石墨烯納米片的表面，所述納米片的厚度為4～12nm，銀納米顆粒的粒徑為20～50nm，材料比表面積為700～900m2/g，孔容為0.3～0.5cm3/g。其中，所述復(fù)合納米材料的制備方法包括如下步驟：(1)氧化石墨烯的制備：在0℃冰浴下，將0.015～0.072g石墨粉分散到20～25mL濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質(zhì)量是石墨粉的3～4倍，攪拌30～60分鐘，溫度上升至30～35℃，加入40～50ml去離子水，攪拌20～30分鐘，加入10～15ml質(zhì)量濃度30％的H2O2，攪拌5～20分鐘，經(jīng)過(guò)離心分離，用質(zhì)量濃度5％的HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納米片；然后將得到的氧化石墨產(chǎn)物置于250mL燒瓶中，加入150mL的溶劑，將燒瓶置于120Hz的超聲清洗機(jī)中超聲1h，除去溶劑，即得到氧化石墨烯；(2)氧化石墨烯/碳納米顆粒的制備：將15～25g碳源和二茂鐵加入到50～80mL無(wú)水乙醇/水的混合溶劑中，形成均一穩(wěn)定的溶液，然后將10～20g步驟(1)的氧化石墨稀納米片加入到上述溶液中，并于室溫下攪拌1～2h，形成均一穩(wěn)定的混合液備用，然后將所形成的混合液倒入到反應(yīng)釜，并將反應(yīng)釜置于均相反應(yīng)器中進(jìn)行熱處理，所述熱處理?xiàng)l件為：溫度160～200℃，時(shí)間為12～24小時(shí)；之后將產(chǎn)物洗滌、干燥，并于惰性氣氛下，400～500℃焙燒為4～12小時(shí)，得氧化石墨烯/碳納米顆粒材料；(3)氧化石墨烯/碳納米顆粒/納米TiO2/Ag納米顆粒的制備：首先將0.2～2gAgN03溶解于20～30ml無(wú)水乙醇中，得到透明AgN03乙醇溶液,然后向制備的AgN03乙醇溶液中加入乙酸乙酯、1.5g～4g鈦酸四丁酯、冰乙酸，攪拌8-12min，得到混合均勻的混合液；之后向上述制備的混合液中加入步驟(2)制備的氧化石墨烯/碳納米顆粒材料5～15g，攪拌30～60min，然后放入聚四氟乙烯襯底的反應(yīng)釜中，在120℃～160℃下反應(yīng)12～24h，得到固體產(chǎn)物；最后固體產(chǎn)物洗滌、干燥、焙燒即得所述復(fù)合納米材料。所述碳源為葡萄糖、蔗糖、酚醛樹(shù)脂和間苯二酚的一種或多種。所述步驟(1)中所述溶劑為乙醇、甲醇、異丙醇或四氫呋喃中的一種或多種。所述步驟(2)中二茂鐵的濃度為0.001～0.005mo1/L，所述惰性氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻Ｋ霾襟E(3)中洗滌為無(wú)水乙醇洗滌、干燥是在80～100℃下干燥12～24h、焙燒是在500～600℃下焙燒2～4h。所述無(wú)水乙醇/水的混合溶劑中無(wú)水乙醇與水的體積比為2：1。另外，本發(fā)明還提供了該復(fù)合納米材料在空氣凈化中的應(yīng)用，所述復(fù)合納米材料可以除去空氣中的甲醛以及抑制和殺滅各種細(xì)菌。本發(fā)明的技術(shù)效果為：(1)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料的可控合成，所合成的材料的表面性質(zhì)十分優(yōu)異，所述納米片的厚度為4～12nm，銀納米顆粒的粒徑為20～50nm，材料比表面積為700～900m2/g，孔容為0.3～0.5cm3/g，利用納米層間結(jié)構(gòu)和納米顆粒尺寸所產(chǎn)生的納米尺寸效應(yīng)，使空氣凈化材料兼具有吸附和氧化凈化、殺菌功能；材料的比表面積十分大，為甲醛的吸附提供了更多的吸附位點(diǎn)，氧化石墨烯和碳納米顆粒二者相結(jié)合，豐富了材料的孔道結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)性質(zhì)，不僅對(duì)甲醛，對(duì)其它如：苯、甲苯、氨類等有機(jī)污染物也體現(xiàn)出良好的吸附選擇性；另外，TiO2和Ag納米顆粒在氧化石墨烯納米片的表面均勻分散，二氧化鈦在光照情況下發(fā)生的光催化反應(yīng)，會(huì)在表面產(chǎn)生氫氧自由基和釋放負(fù)離子，氫氧自由基的強(qiáng)氧化性能有效分解細(xì)菌，與銀納米顆粒一起起到抗菌殺菌的作用，克服了單一TiO2或單一Ag作為殺菌活性劑時(shí)性能的不足。(2)本發(fā)明具有工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、周期短、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，可以適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1復(fù)合納米材料的SEM圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述：實(shí)施例1一種用于空氣凈化的復(fù)合納米材料，所述復(fù)合納米材料由占復(fù)合材料45wt％的氧化石墨烯、45wt％的碳納米顆粒、8wt％納米TiO2以及2wt％納米銀顆粒組成，所述碳納米顆粒、納米TiO2以及納米銀顆粒負(fù)載在氧化石墨烯納米片的表面，所述納米片的厚度為4～8nm，銀納米顆粒的粒徑為20～30nm，材料比表面積為760m2/g，孔容為0.37cm3/g；其中，所述復(fù)合納米材料的制備方法包括如下步驟：(1)氧化石墨烯的制備：在0℃冰浴下，將0.042g石墨粉分散到20mL濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質(zhì)量是石墨粉的3倍，攪拌50分鐘，溫度上升至32℃，加入45ml去離子水，攪拌25分鐘，加入10ml質(zhì)量濃度30％的H2O2，攪拌15分鐘，經(jīng)過(guò)離心分離，用質(zhì)量濃度5％的HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納米片；然后將得到的氧化石墨產(chǎn)物置于250mL燒瓶中，加入150mL的溶劑異丙醇，將燒瓶置于120Hz的超聲清洗機(jī)中超聲1h，除去溶劑，即得到氧化石墨烯；(2)氧化石墨烯/碳納米顆粒的制備：將20g碳源葡萄糖和二茂鐵加入到60mL無(wú)水乙醇/水的混合溶劑中，形成均一穩(wěn)定的溶液，然后將15g步驟(1)的氧化石墨稀納米片加入到上述溶液中，并于室溫下攪拌1.2h，形成均一穩(wěn)定的混合液備用，然后將所形成的混合液倒入到反應(yīng)釜，并將反應(yīng)釜置于均相反應(yīng)器中進(jìn)行熱處理，所述熱處理?xiàng)l件為：溫度180℃，時(shí)間為16小時(shí)；之后將產(chǎn)物洗滌、干燥，并于惰性氣氛氮?dú)庀拢?50℃焙燒為8小時(shí)，得氧化石墨烯/碳納米顆粒材料；(3)氧化石墨烯/碳納米顆粒/納米TiO2/Ag納米顆粒的制備：首先將0.6gAgN03溶解于20ml無(wú)水乙醇中，得到透明AgN03乙醇溶液,然后向制備的AgN03乙醇溶液中加入乙酸乙酯、2.5g鈦酸四丁酯、冰乙酸，攪拌8min，得到混合均勻的混合液；之后向上述制備的混合液中加入步驟(2)制備的氧化石墨烯/碳納米顆粒材料10g，攪拌45min，然后放入聚四氟乙烯襯底的反應(yīng)釜中，在150℃下反應(yīng)15h，得到固體產(chǎn)物；最后固體產(chǎn)物無(wú)水乙醇洗滌、80℃下干燥24h、500℃下焙燒4h即得所述復(fù)合納米材料。實(shí)施例2一種用于空氣凈化的復(fù)合納米材料，所述復(fù)合納米材料由占復(fù)合材料50wt％的氧化石墨烯、40wt％的碳納米顆粒、7wt％納米TiO2以及3wt％納米銀顆粒組成，所述碳納米顆粒、納米TiO2以及納米銀顆粒負(fù)載在氧化石墨烯納米片的表面，所述納米片的厚度為6～10nm，銀納米顆粒的粒徑為30～40nm，材料比表面積為820m2/g，孔容為0.45cm3/g；其中，所述復(fù)合納米材料的制備方法包括如下步驟：(1)氧化石墨烯的制備：在0℃冰浴下，將0.060g石墨粉分散到25mL濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質(zhì)量是石墨粉的4倍，攪拌60分鐘，溫度上升至35℃，加入50ml去離子水，攪拌30分鐘，加入15ml質(zhì)量濃度30％的H2O2，攪拌10分鐘，經(jīng)過(guò)離心分離，用質(zhì)量濃度5％的HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納米片；然后將得到的氧化石墨產(chǎn)物置于250mL燒瓶中，加入150mL的溶劑，將燒瓶置于120Hz的超聲清洗機(jī)中超聲1h，除去溶劑，即得到氧化石墨烯；(2)氧化石墨烯/碳納米顆粒的制備：將18g碳源和二茂鐵加入到70mL無(wú)水乙醇/水的混合溶劑中，形成均一穩(wěn)定的溶液，然后將20g步驟(1)的氧化石墨稀納米片加入到上述溶液中，并于室溫下攪拌2h，形成均一穩(wěn)定的混合液備用，然后將所形成的混合液倒入到反應(yīng)釜，并將反應(yīng)釜置于均相反應(yīng)器中進(jìn)行熱處理，所述熱處理?xiàng)l件為：溫度180℃，時(shí)間為16小時(shí)；之后將產(chǎn)物洗滌、干燥，并于惰性氣氛下，500℃焙燒為6小時(shí)，得氧化石墨烯/碳納米顆粒材料；(3)氧化石墨烯/碳納米顆粒/納米TiO2/Ag納米顆粒的制備：首先將1.0gAgN03溶解于30ml無(wú)水乙醇中，得到透明AgN03乙醇溶液,然后向制備的AgN03乙醇溶液中加入乙酸乙酯、2g鈦酸四丁酯、冰乙酸，攪拌12min，得到混合均勻的混合液；之后向上述制備的混合液中加入步驟(2)制備的氧化石墨烯/碳納米顆粒材料11g，攪拌50min，然后放入聚四氟乙烯襯底的反應(yīng)釜中，在160℃下反應(yīng)12h，得到固體產(chǎn)物；最后固體產(chǎn)物無(wú)水乙醇洗滌、在90℃下干燥18h、在550℃下焙燒3h即得所述復(fù)合納米材料。實(shí)施例3一種用于空氣凈化的復(fù)合納米材料，所述復(fù)合納米材料由占復(fù)合材料38wt％的氧化石墨烯、50wt％的碳納米顆粒、10wt％納米TiO2以及2wt％納米銀顆粒組成，所述碳納米顆粒、納米TiO2以及納米銀顆粒負(fù)載在氧化石墨烯納米片的表面，所述納米片的厚度為5～10nm，銀納米顆粒的粒徑為25～45nm，材料比表面積為860m2/g，孔容為0.46cm3/g；其中，所述復(fù)合納米材料的制備方法包括如下步驟：(1)氧化石墨烯的制備：在0℃冰浴下，將0.36g石墨粉分散到20mL濃硫酸中，攪拌下加入KMnO4，所加KMnO4的質(zhì)量是石墨粉的3倍，攪拌60分鐘，溫度上升至30℃，加入40ml去離子水，攪拌26分鐘，加入10ml質(zhì)量濃度30％的H2O2，攪拌10分鐘，經(jīng)過(guò)離心分離，用質(zhì)量濃度5％的HCl溶液、去離子水和丙酮反復(fù)洗滌后得到氧化石墨納米片；然后將得到的氧化石墨產(chǎn)物置于250mL燒瓶中，加入150mL的溶劑乙醇，將燒瓶置于120Hz的超聲清洗機(jī)中超聲1h，除去溶劑，即得到氧化石墨烯；(2)氧化石墨烯/碳納米顆粒的制備：將25g碳源蔗糖和二茂鐵加入到80mL無(wú)水乙醇/水的混合溶劑中，形成均一穩(wěn)定的溶液，然后將10g步驟(1)的氧化石墨稀納米片加入到上述溶液中，并于室溫下攪拌2h，形成均一穩(wěn)定的混合液備用，然后將所形成的混合液倒入到反應(yīng)釜，并將反應(yīng)釜置于均相反應(yīng)器中進(jìn)行熱處理，所述熱處理?xiàng)l件為：溫度170℃，時(shí)間為18小時(shí)；之后將產(chǎn)物洗滌、干燥，并于惰性氣氛氬氣下，480℃焙燒為8小時(shí)，得氧化石墨烯/碳納米顆粒材料；(3)氧化石墨烯/碳納米顆粒/納米TiO2/Ag納米顆粒的制備：首先將0.7gAgN03溶解于30ml無(wú)水乙醇中，得到透明AgN03乙醇溶液,然后向制備的AgN03乙醇溶液中加入乙酸乙酯、2.5g鈦酸四丁酯、冰乙酸，攪拌12min，得到混合均勻的混合液；之后向上述制備的混合液中加入步驟(2)制備的氧化石墨烯/碳納米顆粒材料12g，攪拌30～60min，然后放入聚四氟乙烯襯底的反應(yīng)釜中，在130℃下反應(yīng)16h，得到固體產(chǎn)物；最后固體產(chǎn)物無(wú)水乙醇洗滌、在100℃下干燥12h、在600℃下焙燒2h即得所述復(fù)合納米材料。實(shí)施例4對(duì)其新裝修的房子每平方米25g制品用本發(fā)明的實(shí)施例1的復(fù)合納米材料除甲醛及異味后，隔日后通過(guò)六合一室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀對(duì)其檢測(cè)，結(jié)果如表1。序號(hào)參數(shù)單位處理前濃度處理后濃度1甲醛HCHOmg/m31.760.052苯C6H6mg/m31.620.083甲苯C7H8mg/m32.720.104一氧化碳mg/m342.96.75二氧化硫mg/m31.280.126氨NH3mg/m30.890.07由表1可以看出，本發(fā)明實(shí)施例在吸附處理空氣有害成分方面具有十分優(yōu)異的性能。最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3